了解alloc和init的原理之前，我们先看看以下几行代码，以下分别输出对象的内容，对象的地址，对象的指针的地址，打印结果如下：
LGPerson *p1 = [LGPerson alloc];
LGPerson *p2 = [p1 init];
LGPerson *p3 = [p1 init];
LGNSLog(@"%@ - %p - %p",p1,p1,&p1);
LGNSLog(@"%@ - %p - %p",p2,p2,&p2);
LGNSLog(@"%@ - %p - %p",p3,p3,&p3);
<LGPerson: 0x60000307dcc0> - 0x60000307dcc0 - 0x7ffee6ff2068
<LGPerson: 0x60000307dcc0> - 0x60000307dcc0 - 0x7ffee6ff2060
<LGPerson: 0x60000307dcc0> - 0x60000307dcc0 - 0x7ffee6ff2058
为什么
前两个%@→p1，%p→p1地址一样，而%p→&p1又不一样呢?
原因
- 程序在运行时先进行类加载，即在代码段中开辟空间，内部存放声明的属性及方法。
- 在使用alloc时会在堆区开辟一个空间，内部有isa指针，这个指针指向所指的类对象。
- 而栈区的指针保存的是对象的地址。
对象在内存中的存储
注：想知道类在代码段中的地址可以通过
Class cls1 = objc_getClass(p1);
NSLog(@"%p" , cls1);
0x1022147c8
由上图可以初步了解对象的内容，对象的地址，对象的指针的地址之间的关系，那么到底alloc＆init的原理是什么呢？
一、alloc源码探索
1、源码搭配断点调试查看alloc：
+ (id)alloc {
return _objc_rootAlloc(self);
}
2、进入_objc_rootAlloc
id _objc_rootAlloc(Class cls) {
return callAlloc(cls, false/*checkNil*/, true/*allocWithZone*/);
}
3、进入callAlloc
到这里会不确定进入哪个流程，不过我们可以通过源码搭配断点调试，判断逻辑走到哪个流程，来到了_objc_rootAllocWithZone
static ALWAYS_INLINE id
callAlloc(Class cls, bool checkNil, bool allocWithZone=false) {
#if __OBJC2__
// checkNil 为false，!cls 也为false ，不会返回nil
if (slowpath(checkNil && !cls)) return nil;
// 是否有自定义的 +allocWithZone 实现
if (fastpath(!cls->ISA()->hasCustomAWZ())) {
return _objc_rootAllocWithZone(cls, nil);
}
#endif
// No shortcuts available.
if (allocWithZone) {
return ((id(*)(id, SEL, struct _NSZone *))objc_msgSend)(cls, @selector(allocWithZone:), nil);
}
return ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(alloc));
}
4、跳转至_objc_rootAllocWithZone 的源码实现
id _objc_rootAllocWithZone(Class cls, malloc_zone_t *zone)
{
id obj;
#if __OBJC2__
// allocWithZone under __OBJC2__ ignores the zone parameter
(void)zone;
obj = class_createInstance(cls, 0);
#else
if (!zone || UseGC) {
obj = class_createInstance(cls, 0);
}
else {
obj = class_createInstanceFromZone(cls, 0, zone);
}
#endif
if (!obj) obj = callBadAllocHandler(cls);
return obj;
}
5、跳转至_class_createInstanceFromZone 的源码实现，这部分是alloc源码的核心操作，该方法的实现主要分为三个部分：
- cls→instanceSize:计算需要开辟的内存空间大小
- calloc:申请内存，返回地址指针
- obj→initInstanceIsa:将类与isa关联
static ALWAYS_INLINE id
_class_createInstanceFromZone(Class cls, size_t extraBytes, void *zone,
int construct_flags = OBJECT_CONSTRUCT_NONE,
bool cxxConstruct = true,
size_t *outAllocatedSize = nil)// alloc 源码 第五步
{
ASSERT(cls->isRealized()); //检查是否已经实现
// Read class's info bits all at once for performance
//一次性读取类的位信息以提高性能
bool hasCxxCtor = cxxConstruct && cls->hasCxxCtor();
bool hasCxxDtor = cls->hasCxxDtor();
bool fast = cls->canAllocNonpointer();
size_t size;
//计算需要开辟的内存大小，传入的extraBytes 为 0
size = cls->instanceSize(extraBytes);
if (outAllocatedSize) *outAllocatedSize = size;
id obj;
if (zone) {
obj = (id)malloc_zone_calloc((malloc_zone_t *)zone, 1, size);
} else {
//申请内存
obj = (id)calloc(1, size);
}
if (slowpath(!obj)) {
if (construct_flags & OBJECT_CONSTRUCT_CALL_BADALLOC) {
return _objc_callBadAllocHandler(cls);
}
return nil;
}
if (!zone && fast) {
//将 cls类 与 obj指针（即isa） 关联
obj->initInstanceIsa(cls, hasCxxDtor);
} else {
// Use raw pointer isa on the assumption that they might be
// doing something weird with the zone or RR.
obj->initIsa(cls);
}
if (fastpath(!hasCxxCtor)) {
return obj;
}
construct_flags |= OBJECT_CONSTRUCT_FREE_ONFAILURE;
return object_cxxConstructFromClass(obj, cls, construct_flags);
}
cls->instanceSize:计算所需内存大小
1、跳转至instanceSize 的源码实现
size_t instanceSize(size_t extraBytes) const {
//编译器快速计算内存大小
if (fastpath(cache.hasFastInstanceSize(extraBytes))) {
return cache.fastInstanceSize(extraBytes);
}
// 计算类中所有属性的大小 + 额外的字节数0
size_t size = alignedInstanceSize() + extraBytes;
// CF requires all objects be at least 16 bytes.
//如果size 小于 16，最小取16
if (size < 16) size = 16;
return size;
}
经过断点调试，执行cache.hasFastInstanceSize方法，快速计算内存大小。
2、跳转至fastInstanceSize 的源码实现，通过断点调试，来到align16
size_t fastInstanceSize(size_t extra) const
{
ASSERT(hasFastInstanceSize(extra));
//Gcc的内建函数 __builtin_constant_p 用于判断一个值是否为编译时常数，如果参数EXP 的值是常数，函数返回 1，否则返回 0
if (__builtin_constant_p(extra) && extra == 0) {
return _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK16;
} else {
size_t size = _flags & FAST_CACHE_ALLOC_MASK;
// remove the FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 that was added
// by setFastInstanceSize
//删除由setFastInstanceSize添加的FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16 8个字节
return align16(size + extra - FAST_CACHE_ALLOC_DELTA16);
}
}
3、跳转到align16的源码实现，以下是16字节对齐算法
//16字节对齐算法
static inline size_t align16(size_t x) {
return (x + size_t(15)) & ~size_t(15);
}
4、为什么要16字节对齐
- cpu存取数据时，以区块来做范围的读取，如果读取到的资料是没有经过对齐的，资料读取上就要花更多的次数读取完成，意味着增加了cpu读取时的负担。
- 由于一个对象的本质为结构体，且第一个属性为isa指针(占８个字节)，在没有其他属性的情况下，会预留８个字节，其目的是为了数据读取的安全性，如果不预留，有可能造成资料读取混乱。
- 苹果早期以８字节对齐，现在以16字节对齐。
calloc:申请内存，返回地址指针
通过instanceSize计算的内存大小，向内存中申请大小为size的内存，并赋值给obj，因此obj是指向内存地址的指针
obj = (id)calloc(1, size);
- 这里我们可以通过断点来印证上述的说法，在未执行calloc时，po obj为nil，执行后，再po obj，返回了一個16进制的地址
- 然而在平常的开发中，一般一个对象的打印的格式都是类似于这样的<LGPerson: 0x01111111f>（是一个指针）。为什么这里不是呢？
- 主要是因为iobjc 地址还没有与传入的cls进行关联
- 同时印证了alloc的根本作用就是开辟内存
obj->initInstanceIsa：类与isa关联
经过calloc可知，内存已经申请好了，类也已经传入进来了，接下来就需要将类与地址指针即isa指针进行关联，其关联的流程图如下所示：
类与isa关联
initInstanceIsa流程
主要过程就是初始化一个isa指针，并将isa指针指向申请的内存地址，在将指针与cls类进行关联
同样也可以通过断点调试印证上面的说法，在执行完initInstanceIsa后，在通过po obj可以得出一个对象指针
总结
- 通过对alloc源码的分析，可以得知alloc的主要目的就是开辟内存，而且开辟的内存需要使用16字节对齐算法，现在开辟的内存的大小基本上都是16的整数倍
- 开辟内存的核心步骤有3步：计算 -- 申请 -- 关联
二、init源码探索
1、类方法init
+ (id)init {
return (id)self;
}
这里的init是一个构造方法，是通过工厂设计（工厂方法模式）,主要是用与给用户提供构造方法入口。这里能使用id强转的原因，主要还是因为内存字节对齐后，可以使用类型强转为你所需的类型
2、实例方法init
通过以下代码进行探索实例方法init
LGPerson *objc = [[LGPerson alloc] init];
通过main中的init跳转至init的源码实现
- (id)init {
return _objc_rootInit(self);
}
跳转至_objc_rootInit的源码实现
id
_objc_rootInit(id obj)
{
// In practice, it will be hard to rely on this function.
// Many classes do not properly chain -init calls.
return obj;
}
有上述代码可以，返回的是传入的self本身。
三、new 源码探索
一般在开发中，初始化除了init，还可以使用new，两者本质上并沒有什么区別，new函数中直接调用了callAlloc函数（即alloc中分析的函数），且调用了init函数，所以可以得出new 其实就等价于 [alloc init]的结论。
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